华为 5G-Advanced(2021)网络技术演进白皮书

5G-Advanced
网络技术演进白皮书（2021）——面向万物智联新时代
从产业发展驱动角度看，
键，全球的主要经济体均明确要求将5G作为长期产业发展的重要一环。

从业务上5G将要进入千行百业，从技术上5G需要进一步融合DOICT等技术。

因此本白皮书提出需要对5G 网络的后续演进—5G-Advanced进行持续研究, 并充分考虑架构演进及功能增强。

本白皮书首先分析了5G-Advanced的网络演进架构方向，包括云原生、边缘网络和网络即服务，同时阐述了5G-Advanced的技术发展方向包括智慧、融合与使能三个特征。

其中智慧代表网络智能化，包括充分利用机器学习、数字孪生、认知网络与意图网络等关键技术提升网络的智能运维运营能力，打造内生智能网络；融合包括行业网络融合、家庭网络融合、天地一体化网络融合等，实现5G与行业网协同组网、融合发展；使能则包括对5G交互式通信和确定性通信能力的增强，以及网络切片、定位等现有技术的增强，更
好赋能行业数智化转型。

，华为，爱立信（中国），上海诺基亚贝尔，中兴，中国信科，三星，亚信，vivo，联想，IPLOOK，紫光展锐，OPPO，腾讯，小米
（排名不分先后）
1 产业进展概述 (01)
1.1 5G产业发展现状 (01)
1.2 5G网络演进驱动力 (01)
1.2.1 产业发展驱动力 (01)
1.2.2 网络技术驱动力 (02)
2 5G-Advanced网络演进架构趋势和技术方向 (04)
3 5G-Advanced关键技术 (06)
3.1 网络智能化 (06)
3.1.1 网络智能化关键技术 (06)
3.1.2 智能网络应用场景 (08)
3.2 行业网融合 (08)
3.3 家庭网络融合 (09)
3.4 天地一体化网络融合 (10)
3.5 交互式通信能力增强 (11)
3.6 确定性通信能力增强 (11)
3.7 用户面演进 (12)
3.8 网络切片增强 (12)
3.9 定位测距与感知增强 (13)
3.10 组播广播增强 (13)
3.11 策略控制增强 (13)
4 总结和展望 (14)
5G网络的全球商用部署如火如荼。

截止2021年4月，全球已经有68个国家和地区中的162个5G网络商用发布[2]。

在此基础上，已有上千个行业5G网络项目签署了商用合同，体现出5G在行业市场的快速发展。

据GSMA预测，在未来5年中5G连接数将从2020年的2亿增加到2025年18亿[3]。

整体而言，全球的5G产业仍然处于网络建设早期。

而业界普遍认为，未来的6G技术至少将至2030年才会开始应用。

因此无论从业务场景、网络技术，还是产业进程、部署节奏等各方面而言，未来3~5年仍将是5G发展的关键时期。

为此，3GPP在4月举行的PCG #46[1]次会议上初步确定以5G-Advanced作为5G网络演进的理念。

后续，电信产业各方面将从R18开始逐步为5G-Advanced完善框架和充实内容。

而在端到端5G-Advanced网络演进过程中，核心网的演进有着举足轻重的作用。

一方面，核心网上接各种业务和应用，是整个网络业务的汇聚点，也是未来业务发展的发动机；另一方面，核心网下连各种制式的终端及接入网，是整个网络拓扑的中心，牵一发而动全身。

因此，基于实际业务需求推动5G核心网技术发展及架构演进，将有助于帮助运营商提升投资回报，有助于帮助行业用户更好地利用5G网络实现数智化转型。

1.1 5G产业发展现状
与前几代通信网络不同，5G被认为是行业数智化转型的基石。

全球的主要经济体均明确要求将5G作为长期产业发展的重要一环。

例如欧盟提出2030数字罗盘（Digital Compass）计划，明确制定了商业数字化转型、公共服务数字化等纲要，并采用5G作为工业4.0发展的基础。

作为最早部署5G的国家，韩国进一步加强5G+融合生态系统的构建，推进5G融合服务的发展。

日本则持续推进B5G （Beyond 5G）对民生、社会的价值体现。

中国也提出了以坚持科技创新为牵引的、面向2035年的远景目标，并将持续深化“5G+工业互联网”作为当前的重要目标。

因此，5G-Advanced需要充分考虑架构演进及功能增强，从当前仍然以消费者为中心的移动宽带（MBB）网络成长为真正的工业互联网的核心。

当前虽然可以利用网络切片、MEC（Multi-access Edge Computing）、NPN（Non Public Network）等功能为行业服务，但无论是网络部署形态、业务S L A（S e r v i c e L e v e l Agreement）保障能力、易运维能力、以及行业需要的一些辅助功能，5G网络当前的能力还有所不足，因此需要在3GPP R18及后续版本继续增强。

1.2 5G网络演进驱动力1.
2.1 产业发展驱动力
015G-Advanced网络技术演进白皮书
首先，未来XR（Extended Reality）将成为网络承载的业务主体，不但XR的清晰度将从8K向16K/32K甚至更高升级，面向行业应用的AR（Augmented Reality）业务场景也将从单终端通信演进到多XR协同交互，并在2025年左右得以快速发展。

届时由于业务流量和业务特征的影响，XR业务对网络容量、时延、带宽等SLA保障将提出更高的要求。

与此同时，基础通信业务仍然有着较大的发展空间。

以远程办公为代表的多方视频通话、虚拟会议等将成为常态。

在业务形式上，当前固定接入+视频+通话的会议方式，将转变为移动接入+富媒体+实时互动的多方远程协作，例如企业员工在家可随时以虚拟形象接入企业办公环境并与同事进行高效沟通。

因此，5G-Advanced需要提供新的话音网络架构和交互式通信能力增强，以满足现有以清晰话音为主的通信方式向全感知、交互式、沉浸式通信方式演进的业务发展需求，使能个人消费体验升级。

其次，行业数智化带来了远比消费者网络更为复杂的业务环境。

工业互联网、能源互联网、矿山、港口、医疗健康等不同行业的业务不但需要网络为它们提供差异化的业务体验，并且更需要对业务结果提供确定性的SLA 保障。

例如工业互联网需要上下有界的确定性通信传输时延，智能电网需要高精时钟同步及高隔离高安全，矿山需要在地表下提供精准定位，港口需要远程的龙门吊控制，医疗需要实时的诊疗信息同步并支持超低时延的远程诊断。

因此5G-Advanced需要充分考虑对行业业务的确定性体验保障，包括实时业务感知、测量、调度并最终形成整体的控制闭环。

针对不同行业，5G需要采用公众网络、本地专网、以及多种混合组网模式满足行业所需的业务隔离和数据安全需求，因此5G-Advanced应该从整体网络架构、组网方案、设备形态和服务支撑能力上匹配多样性的复杂业务环境。

5G-Advanced演进在技术上呈现为ICT技术、工业现场网技术、数据技术等全面融合的趋势。

4G之后的通信网络充分引入IT技术，普遍采用电信云作为基础设施。

在实际的电信云落地过程中，NFV （Network Functions Virtualization）、容器、SDN （Software Defined Network）、基于API（Application Programming Interface）的系统能力开放等技术都得到了实际的商用验证。

1.2.2 网络技术驱动力
02
5G-Advanced网络技术演进白皮书
03
5G-Advanced
网络技术演进白皮书
另一方面，网络边缘是未来业务发展的中心，但其商业模式、部署模式、运维模式、尤其是资源可获得性以及资源效率均与集中化部署的云计算存在较大的差异性。

Linux 基金会提出，在将Cloud Native 理念引入边缘后，也需要结合边缘的各种特征而形成边缘原生（Edge Native ）[4]的应用形态。

因此，5G-Advanced 的演进中需要综合云原生与边缘原生的特点，通过同一个网络架构实现两者的平衡，最终走向云网融合、云网一体的长期演进方向。

对于CT 技术本身，5G-Advanced 需要进一步发挥网络融合的能力。

这些融合包括对不同代际、NSA/SA 不同模式的融合，也包括对个人消费者、家庭接入与行业网络的融合。

此外，随着卫星通信的演进，5G-Advanced 核心网也将为面向地海空天一体化的全融合网络架构做好准备。

除ICT 技术外，未来将有更多的来自生产运营的需求，并通过OT 技术（Operational Technology ）为移动网络带来新的基因。

例如面向工业制造的产业互联网与传统消费互联网不同，其对网络质量有着更为严苛的需求，需要考虑在引入5G 的同时支持极简组网。

基于机器视觉的质检场景需要网络同时支持大带宽和低时延能
力；远程机械控制需要网络支持确定性传输、可保障可承诺的连接数以及带宽；面向柔性制造的智能产线还需要网络提供精准定位，数据采集等能力。

为此，无线接入网络需要具备媲美有线接入的可靠性、可用性、确定性和实时性。

OT 与CT 的融合将成为移动网络发展的一个重要方向，5G-Advanced 网络将成为构建工业环境下人、机、料、法、环全面互联的关键基础设施，实现工业设计、研发、生产、管理、服务等产业全要素的泛在互联，是工业数智化转型的重要推动力。

此外，DT(Data Technology)技术也将为网络演进注入新的动力。

数字经济的发展基础是海量连接、数字提取、数据建模和分析判断。

5G 网络与大数据、AI （Artificial Intelligence ）等技术结合，可以实现更加精准的数字提取，基于丰富的算法和业务特征构建数据模型，基于数字孪生技术做出最合适的分析判断，并反向作用于物理实体，从而充分发挥数智化效应，进一步推动网络演进。

综上，DOICT 的全融合将共同驱动网络变革和能力升级，助力全社会全领域的数智化发展。

04
5G-Advanced 网络技术演进白皮书
5G-Advanced
网络演进架构趋势和技术方向
02
为了满足个人消费者体验升级和行业数智化转型的需求，5G-Advanced 网络需要从架构层面和技术层面持续演进，以满足多样化业务诉求，提升网络能力。

在架构层面，5G-Advanced 网络需要充分考虑云原生、边缘网络以及网络即服务理念，持续增强网络能力并最终走向云网融合、算网一体。

- 云原生（Cloud Native ）是在电信云NFV 基础上的进一步云化增强，以便更快的实现5G 网络的灵活部署和功能的灵活开发和测试。

云原生需考虑通过软件优化提高对硬件资源占用效率， 同时考虑引入云化的安全机制实现基础设施内生安全
- 边缘网络是分布式网络架构与边缘业务相结合的高效部署形态。

- 网络即服务(Network as a Service)模式使5G 系统
变得高度灵活，可以适配垂直行业需求的各种定制化方案，其具体实现形态可以是5G 网络切片，也可以是独立部署的网络。

5G 核心网的SBA 服务化架构设计深入网络逻辑内部，有助于运营商全面掌控网络，贴合“网络即服务”的5G 网络发展目标。

SBA 的设计使得5G 网络功能(NFs)可以进行无状态开发。

它允许对NFs 进行模块化、灵活和以应用程序为中心的更高效通信。

SBA 的一个重要特点是，通过使用基于请求/响应和订阅/通知的方法，有效地管理和控制NF 服务之间的各种通信。

SBA 架构允许对NF 服务进行具备鲁棒性的伸缩、监控和负载平衡。

运营商以SBA 为网络基础、以网络切片为服务框架、以网络平台为核心、以关键网络功能API 为抓手，构建敏捷定制化5G 能力，帮助用户深度参与到网络服务的定义和设计中，提供差异化的业务体验及更高的业务效率，使得联接与计算共同成为5G 服务行业发展的强大助推器。

05
5G-Advanced 网络技术演进白皮书
图2.1-1：5G-Advanced 网络架构
在网络特征与网络功能层面，未来用户对网络有着越来越复杂多样的需求，基于此，5G-Advanced 需要具备智慧（AI ）、融合（Convergence ）和更丰富使能（Enabler ）的特征，即ACE 。

- 智慧（AI ）：随着5G 网络在行业网络中的应用发展，网络规模日益扩大，业务场景日益丰富，网络功能和管理变得愈加复杂。

传统网络需要大量手动配置和诊断，带来较高的管理开销，因此需要引入智能化来协助提升从网络功能到网管协作的各个层面的服务能力和服务质量。

- 融合（Convergence ）：多种接入方式融合、多张网络融合是5G-Advanced 网络演进的大趋势。

在5G 应用
于行业之前，各个行业经过漫长的应用与演进，形成了彼此独立的网络，出现了多样化的终端、接入方式与传输方式。

网络的通用性极差，导致了新功能迭代时间长、设备价格高昂、技术发展缓慢等问题。

因此，天地一体化、工业互联网等多行业多协议融合的下一代网络成为新趋势。

- 使能（Enablement ）：随着5G 网络在行业中的应用，网络能力持续丰富和提升，并逐渐由基础设施向业务使能者的角色演变。

网络确定性、定制化、面向行业需求的自演进等新能力的引入，都将助力5G-Advanced 更好地
为行业用户提供按需定制的网络，真正实现网络即服务。

数据分析
全接入
管理面
控制面
用户面用户面
边缘网络
onvergence
融合
nabler
使能
06
5G-Advanced 网络技术演进白皮书
网络资源虚拟化、业务多样化、以及网络切片、边缘计算等5G 新能力的不断引入，给5G 运营和商用带来挑战。

通过智能化技术在电信网络中的应用和融合，可提高网络效能，降低运维成本，提升网络智慧运营水平。

从3GPP Rel-16开始，为了推动网络智能化，在网络基础架构（SA2）和网管（SA5）技术标准化层面开展了持续推进。

NWDAF 是3GPP SA2在5G 引入的标准网元，是AI+大数据的引擎，具备能力标准化、汇聚网络数据、实时性更高、支持闭环可控等特点。

3GPP 不但定义了NWDAF 在网络中的位置以及和其他网络功能的交互协同，也定义了NWDAF 部署的灵活性，NWDAF 可以通过
功能嵌入的方式部署在特定的网络功能单元，也可跨网络功能单元协同，完成网络智能的闭环操作。

MDAS 是3GPP SA5正在研究的服务能力，是网络和服务管理与编排的自动化和认知的一个使能器。

它与人工智能（AI ）和机器学习（ML ）技术相结合，为网络服务管理和编排带来了智能化和自动化。

MDAS 基于网络管理数据的数据处理和分析功能，可实现对网管领域数据价值挖掘；可结合AI/ML 技术对网络管理数据进行处理和分析，进而输出分析报告及相应的网络管理操作建议，以促进网络管理及编排的智能化和自动化，实现网管域的闭环管理。

3.1网络智能化
3.1.1 网络智能化关键技术
07
5G-Advanced 网络技术演进白皮书
随着5G 网络的演进，网络变得越来越复杂，网络运维的复杂性也相应增加，这就要求网络是一个高度智能化，高度自动化的自主网络。

一方面网络需要根据自身和环境的变化，自动调整以适应快速变化的需求；另一方面，网络也需要根据业务和运维要求，自动完成需要的网络更新和管理。

为满足这些需求，以下人工智能领域技术可为5G-Advanced 网络智能化发展提供参考：
- 机器学习作为网络智能的基础技术，可广泛地分布于5G 网络中各节点及网络控制管理系统中。

基于5G 系统生成的丰富的用户和网络数据，并结合移动通信领域的专业知识，可以构建灵活多样的学习框架，形成一个应用广泛、分布与集中相结合的网络智能化处理体系。

-数字孪生可以对网络进行更好的监测和控制，包括对网络状态、流量等进行更好的预测，在虚拟孪生环境中对网
络变更提前仿真评估，从而提升网络的数智化管理水平。

- 以认知技术为基础，将移动通信领域的专业知识内置到算法，充分利用5G 网络生成的大数据，增强网络运营智能化程度，以实现复杂多样的业务目标。

- 意图驱动网络使得运营商能够定义期望的网络目标，系统可以自动将其转化为实时的网络行为，通过意图维持对网络进行持续地监控和调整，从而保证网络行为同业务意图相一致。

此外从架构层面，未来可通过引入例如联邦学习等先进框架来支持多个网络功能单元共同学习训练。

这样既能有效增强训练效果，又保护数据隐私。

此外，NWDAF 可分层部署，灵活地构建分布式智能网络体系，更好地应对不同的需求。

网络数据分析功能
网管系统
获取数据与提供分析结果
数据存储库
获取与存储数据
获取网络数据
提供分析结果
应用功能
网络功能
应用功能
网络功能
图3.1.1-1：基于NWDAF 的5G 网络智能架构[5]
08
5G-Advanced 网络技术演进白皮书
为实现智能网络构建，赋能各行各业数智化转型，5G 网络需要在网络各领域不断引入AI 技术。

对内可服务网络、安全、管理等领域，将云网的大数据资源通过人工智能算法转化为云网的智能规划、业务分析、故障诊断、动态优化能力。

5G 网络通过引入AI 技术，可实现完整的业务体验优化闭环，包括对用户体验进行智能的评估与监测，需结合业务需求、网络能力进行智能综合分析，通过业务体验反馈机制，进行策略的调整和闭环跟踪，实现网络成本和业务体验的最优匹配。

例如通过智能数据分析，建立用户体验指标与QoS 指标的关系模型，并基于该模型实时评估和监测当前业务的用户体验质量；分析挖掘用户的通信习惯，形成最佳匹配于用户/业务与网络的差异化QoS 参数；使用强化学习等优化决策算法对切片资源和用户进行综合调度和优化，实现切片资源和用户的智能调度，保障切片业务的体验质量；基于AI 的多接入协同，保
障多接入资源得到充分利用的同时提高用户体验。

网络智能技术对外则充分利用电信行业的算力、数据和场景优势，重新定义端管云生态，构建电信行业的新商业模式。

在许多特定的应用场景需要云边端协同工作，通过数据采集、模型训练、智能模型推理，可以实现灵活的资源编排和调度，完成特定的业务逻辑。

云网边端的可用计算能力状况和网络状况是实时动态变化的，在引入人工智能技术对计算负载和网络负载进行合理预测的基础上，运营商可以对云网边端中的算力、存储和网络连接等多维资源进行联合优化调度，实现云网边端资源的一体化调度和动态分配，在满足业务服务质量要求并取得资源效率全局优化的前提下，使业务负载在云、网、边、端全域异构资源上合理、灵活地部署和迁移。

3.1.2 智能网络应用场景
5G 与行业网融合将会成为5G-Advanced 网络面向垂直行业客户的一个重点场景。

5G 网络在行业网络中，凭借无线化、移动性等优势，能带来更多的业务价值，如人员保护、生产柔性化等。

从组网角度，不仅能大幅降低有线组网的复杂度和人力成本，更能帮助行业客户实现 “一网到底”的理想。

例如，在工业制造领域的现场与车间组网中，5G 可在垂直层面简化多层次的有线网络层次
实现网络扁平化；基于5G 确定性能力的差异化保障，5G 可以实现现场网络的IT 网络（如设备运维数据采集）与OT 网络（如PLC 控制）合一。

行业专网的特点在于为第三方客户在自身的运营管理范围内提供灵活按需的定制化网络。

5G 行业专网可将企业自身的网络体系与5G 网络融合，构建统一管理、无缝切换的融合行业网络。

3.2
行业网融合
09
5G-Advanced 网络技术演进白皮书
融合的行业网络主要分为以下几方面增强：1）网络组网互通增强：
5G-LAN 技术可利用5G 网络代替当前工业领域的局域网，解决在当前的工业网络中线缆移动性限制，光纤铺设成本高的问题，为行业用户提供了快速灵活组建移动专网的能力。

5G-LAN 通过组的概念定义了虚拟网络，支持组内点对点和点对多点的通讯。

5G-LAN 组可以部署一个UPF ，也可以部署多个UPF ，支持UPF 内的本地交换，也支持跨UPF 的组内通讯。

通过开放API 接口使得第三方能够灵活的创建或者修改通讯组，从而实现组的动态管理。

5G-Advanced 对5G-LAN 可以在以下方面进行的技术增强：
- 进一步研究工业网络中的新需求，在移动网络二层数据传输方面进行增强，扩大5G-LAN 在工业网络中的应用场景。

例如，工厂场景需要网络间具有服务连续性的组通信、5G LAN 中的动态组通信、5G-LAN 组QoS 支持。

- 目前5G-LAN 只支持一个组由单个SMF 服务，未来将扩展到一个组跨多个SMF ，从而实现广域范围的互联互通。

- 固定网络和移动网络的融合，5G-LAN 需要和传统工业有线局域网进行互通和融合。

此外在5G 行业专网组网中，企业可对于终端地址进行统一管理与规划。

通过构建N3IWF 网络功能，还可支持实现行业现有网络与5G 专网的融合覆盖与切换。

2）网络管理增强：构建面向企业的统一网管监控体系，简化网络管理流程，打破烟囱式管理模式；
3）网络安全增强：由运营商部署运维的行业网需要在安全和可靠性方面符合企业要求。

行业网需要与公网隔离，其中一个可能的方式是支持行业专网（如PNI-NPN 等）。

安全保障能力包括：接入终端与卡号鉴权、拓扑隐藏等，企业甚至会对行业专网接入的所有数据进行防火墙过滤，从而确保敏感数据不出园区；可靠性能力包括：接入可靠性、资源独享性和连接的可靠性。

家庭网络会成为5G-Advanced 网络覆盖的一个重点场景。

运营商发现用户晚间在家时，会出现移动数据流量高峰。

如果消费者使用新业务如手机游戏或高清移动电视时，这种情况更加明显，因为这些服务需要更高的数据速率。

高数据速率服务如交互式应用，未来可能在更高的频段承载以获取更多的带宽。

然而这些较高频段如何为室内提供覆盖正在成为网络发展的一个挑战。

室外基站可能无法提供足够的室内覆盖，可考虑引入中继或室内基站，来为消费者提供无处不在的覆盖体验。

家庭网络有其自身特点：设备移动范围较小；接入数量较多，且接入设备类型较多；对网络的可靠性要求不高，但是对协议转化要求较高；对带宽需求明显；可能有很多近距离通信需求。

面向未来的家庭智慧物联，入网的终端将会多种多样，采集到的数据也是多样化的。

如何实现这些多样化采集数据的同步传输，并结合AI 算法，更加准确的判断出人员行为、预测设备状态、进行智能调控，会成为下一阶段家庭网络技术研究的重点。

3.3
家庭网络融合
10
5G-Advanced 网络技术演进白皮书
5G 网络不仅提供更高速的数据传输服务，更将提供无处不在的移动网络接入。

然而，在偏远地区，例如山区、沙漠、远洋等，5G 网络建设和维护的成本极高，因此无法通过传统地面5G 基站在偏远地区提供无缝的5G 网络覆盖。

随着航空航天技术的发展，宽带卫星通信已经可以地面蜂窝网络难以比拟的成本优势来实现广域甚至全球覆盖。

因此，5G 网络应充分融合卫星通信，取长补短，共同构成全球无缝覆盖的天地一体化综合通信网，满足用户无处不在的各种业务需求。

目前5G 网络已支持基站采用5G NR 空口制式，允许终端通过卫星基站接入统一5G 核心网，支持卫星工作在透明转发模式，但在语音业务、传输速率等方面存在一定的局限性。

未来支持天地一体化网络融合的5G-Advanced 网络将具备如下特点：
- 支持不同轨道高度的卫星网络与地面5G 网络的融
合，如低、中、高轨不同的移动性管理策略。

- 卫星提供无线接入时，可工作在弯管模式或再生模式，分别提供数据透明转发功能和星上信息处理功能，支持星地或星间组网，支持终端同时使用卫星接入和地面接入，以优化业务数据传输，支持卫星接入或者地面接入属于一个或者多个运营商。

5G 核心网应能够针对通过卫星接入的终端，采用增强的移动性管理机制，例如支持基于终端位置的接入控制以满足监管要求，支持终端在卫星接入与地面接入之间无缝切换，以及基于卫星接入的类型进行策略与QoS 控制。

支持基于网络的定位来满足非GNSS 终端定位需求，并满足监管诉求。

- 基站使用卫星网络提供的回传服务时或者星载基站，核心网应能够感知卫星网络的特征（例如时延、带宽等），并在考虑卫星移动和整个星座系统情况下，进行策略与QoS 控制，以及向应用层开放回传能力以辅助应用层的适配。

图 3.4-1：融合卫星系统的5G 网络
N6
5GC DN
UE UE UE UE
gNB NR Uu。